【導(dǎo)讀】在工控、自動化控制領(lǐng)域，高精度電流檢測都是至關(guān)重要的技術(shù)。檢測技術(shù)的正確選擇關(guān)系到閉環(huán)控制系統(tǒng)的效率高低，是提高設(shè)計的閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文就為大家綜合對比幾種不同的隔離電流檢測方法，分析它們的利與弊。
首先來看第一種隔離電流檢測方法，那就是利用分流電阻器完成高精度電流檢測工作。分流電阻器作為一種比較常見的電子元件，可以被用于多種工業(yè)應(yīng)用中，并能提供較高的準(zhǔn)確度且實現(xiàn)低溫度漂移。但是，它們的使用受限于其自身電阻值引起的功耗。在具有高共模電壓的應(yīng)用中，分流電阻器需要AMC1200等隔離式放大器或AMC1304L05等隔離式Δ-Σ調(diào)制器（適用于性能最高的系統(tǒng)）。AMC1304L05可提供±50mV的低輸入電壓范圍，從而允許用戶可以使用更小的電阻分流器卻不會影響其工作性能。
圖1AMC1304L05——有效位數(shù)和過采樣率
羅氏線圈是平時工程師們常用到的第二種檢測隔離電流的常見辦法，但這種方法通常只用來測量交流電流（AC），在測試時，線圈將會被纏繞在可分配待檢測電流的導(dǎo)體周圍。在檢測的過程中，它們能提供與AC電流的變化率成比例的電壓，因此在用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行處理之前需要一個積分器。對應(yīng)用進(jìn)行改型翻新式的羅氏線圈非常適用，因為該線圈可被安裝在導(dǎo)體周圍，不會中斷電流流動。它們不使用金屬芯子，所以定位的機(jī)械公差能影響和限制可實現(xiàn)的準(zhǔn)確度。出于同樣的原因，它們不會磁化達(dá)飽和點，因此可用于大電流應(yīng)用。此外，它們的低電感允許在具有高壓擺率的系統(tǒng)中使用。
電流互感器也是工程師們常常使用并進(jìn)行高精度隔離電流檢測的重要幫手，在電流互感器（CT）工作時，初級AC電流可在磁心內(nèi)產(chǎn)生一個場。該磁場能感應(yīng)次級繞組里成比例的電流。需要一個負(fù)載電阻器來將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號以供在ADC中作進(jìn)一步的處理。CT的準(zhǔn)確度取決于設(shè)置的機(jī)械公差、負(fù)載準(zhǔn)確度和磁心的溫度漂移。磁心的飽和度可限制CT的動態(tài)范圍。另一方面，專門的設(shè)計允許您為某個用例量身打造CT。在電網(wǎng)中，CT被廣泛用于檢測電流。
除了上面所提到的幾種方法外，我們還可以利用磁阻傳感器來完成隔離電流的檢測工作。這種辦法的優(yōu)勢在于，在存在磁場、直流電流（DC）或AC的情況下，磁阻傳感器可改變自己的電阻。磁阻傳感器體積小巧，通常用于位置和角度感測。對不需要高準(zhǔn)確度的小電流應(yīng)用來說，磁阻傳感器是低成本高效益的備選器件。根據(jù)所使用的材料，我們可從兩種類型的磁阻傳感器中進(jìn)行選擇，即各向異性磁阻（AMR）傳感器和巨磁阻（GMR）傳感器。其中，異性磁阻傳感器主要使用鐵磁材料，其缺點是其中磁場會影響電阻。因為電阻變化很小，所以常用惠斯通電橋來感測它。巨磁阻傳感器則依靠的是巨磁阻效應(yīng)進(jìn)行電流檢測，其磁場對由鐵磁層和非磁性層相間制成的結(jié)構(gòu)的電阻會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。不過“天下沒有免費的午餐”，與AMR傳感器相比，這種巨磁阻傳感器的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜且耗資更多。
使用霍爾效應(yīng)傳感器，也同樣可以完成高精度的隔離電流檢測工作?；魻栃?yīng)傳感器在工作時可提供與AC或DC磁場成比例的電壓信號。不過，這一方法有個明顯缺點，那就是它們存在固有噪聲，并且電壓水平具有很強(qiáng)的溫度依賴性。在這里，工程師們可以采用巧妙的勵磁法來彌補這兩個缺點?；魻杺鞲衅骺捎迷诓恍枰邷?zhǔn)確度水平的開環(huán)應(yīng)用中。為獲得更高的準(zhǔn)確度，閉環(huán)法是最佳選擇;這些包括霍爾傳感器、具有補償繞組的磁心以及通常采用完整模塊形式的信號調(diào)節(jié)電路。閉環(huán)模塊可用于寬范圍的準(zhǔn)確度、電流和成本水平?；魻栃?yīng)傳感器的其它例子包括DRV5000系列。
使用磁通門傳感器也同樣是能夠幫助工程師完成高精度電流測試的重要工具，與上面所提到的幾種電流檢測方法相比，磁通門傳感器在電流檢測室可提供最高水平的靈敏度、最寬的動態(tài)范圍以及最低噪聲和溫度漂移的性能。外部磁通門傳感器的設(shè)計錯綜復(fù)雜，需要很低的機(jī)械公差；在全世界范圍內(nèi)只有幾家制造商可提供磁通門傳感器模塊。
為了方便各位工程師進(jìn)行日常的高精度檢測，TI最近宣布推出了DRV421——業(yè)界首款完全集成的磁通門傳感器，具備所有必需的信號調(diào)節(jié)功能，適用于閉環(huán)DC和AC應(yīng)用。憑借磁心和補償線圈，該解決方案允許輕松制造高準(zhǔn)確度和低電平（泄漏）的電流模塊。
表1電流檢測方法的比較
以上就是本文對幾種常見的高精度電流檢測技術(shù)的優(yōu)劣對比，表1對本文中描述的所有方法進(jìn)行了比較。希望通過本文的介紹，對各位工程師的日常工作有所幫助。
相關(guān)閱讀：
第一手資料：三大要點助你了解電流檢測監(jiān)控
詳解：解密多種電流檢測放大器電路設(shè)計
經(jīng)典分享：“無損耗的”電流檢測設(shè)計中的5大問題
